آموزش نرم افزار، مقالات
نرم‌افزار AWR Microwave Office مسایل را چگونه حل می‌کند؟
مرداد
دو فضای کلی در نرم‌افزار AWR Microwave Office برای حل مسایل وجود دارد: محیط شماتیک و محیط EM. در این مقاله به معرفی کامل این دو محیط و روش‌های شبیه‌سازی آن‌ها می‌پردازیم.
محیط شماتیک در نرم‌افزار AWR
در محیط شماتیک، مدارات به‌صورت شماتیکی و با استفاده از المان‌های فشرده (Lumped Element) مانند مقاومت، سلف، خازن، ترانزیستور و… و همچنین المان‌های مایکرواستریپی شماتیکی پیاده‌سازی می‌شوند.
حل‌کننده‌ای بنام Cross Sectional مدار را حل می‌کند و درنهایت ولتاژ گره‌ها و جریان شاخه‌ها به‌عنوان خروجی محاسبه‌شده و نمایش داده می‌شود. از این روش برای محاسبات خطوط انتقال هم استفاده می‌شود.
محیط EM در نرم‌افزار AWR
در محیط EM ساختارهای سه‌بعدی مسطح و سه‌بعدی کامل قابل‌تحلیل و شبیه‌سازی هستند. این قابلیت در نرم‌افزار AWR Microwave Office وجود دارد که با استفاده از روش‌های حل مختلف، مدارات شامل المان‌های سه‌بعدی مسطح (مانند Viaها و سلف‌های مایکرواستریپ) و المان‌های سه‌بعدی (مانند موج‌برها و کانکتورها) را شبیه‌سازی کند.
از روش عددی ممان (Method of Moment) برای حل ساختارهای سه‌بعدی مسطح و از روش عددی المان محدود (Finite Element Method) برای حل مسایل سه‌بعدی استفاده می‌شود. در نرم‌افزار AWR، دو حل‌کننده AXIEM و EMSight از روش ممان و حل‌کننده Analyst از روش المان محدود استفاده می‌کنند.
در محیط EM از روش‌های عددی ممان و المان محدود برای حل مسایل استفاده می‌شود. در ادامه به حل‌کننده‌های مختلف که از این روش‌ها استفاده می‌کنند، می‌پردازیم:
حل‌کننده AXIEM
یک حل‌کننده الکترومغناطیس بسیار قوی و با سرعت‌بالا در نرم‌افزار AWR است. در حل‌کننده AXIEM زمین و زیرلایه بی‌نهایت در نظر گرفته می‌شود. یعنی دیواره‌ای در اطراف وجود نخواهد داشت. اما برای بالای برد، می‌توان از فضای باز یا هادی استفاده کرد و تاثیر آن بر نتایج را مشاهده کرد.
این حل‌کننده از روش ممان استفاده می‌کند. ابتدا سطح هادی با مش بندی غیریکنواخت پوشیده می‌شود. سپس توابع گرین برای مش‌ها ایجادشده و با حل ماتریس توابع، دامنه‌های جریان و پارامترهای S محاسبه می‌شود.
حل‌کننده EMSight
در این حل‌کننده که از روش ممان استفاده می‌کند، صفحه زمین محدود است. دیواره‌ها هم از جنس هادی کامل هستند. اگر بخواهیم مداری را که دیواره‌ای ندارد با استفاده از این حل‌کننده شبیه‌سازی کنیم، باید فاصله المان‌ها از دیواره‌ها را به‌اندازه کافی زیاد در نظر بگیریم تا اثر آن‌ها از بین برود.
در این حل‌کننده هم ابتدا سطح هادی با مش بندی یکنواخت پوشیده شده و توابع گرین تشکیل می‌شود. با حل ماتریس، دامنه جریان و پارامترهای S محاسبه می‌شود.
نقاط قوت روش عددی MoM
سرعت بیشتر نسبت به روش FEM در حالت کلی، استفاده از منابع RAM کمتر، امکان تحلیل DC در AXIEM، امکان بررسی تشعشع با استفاده از AXIEM
بااین‌وجود، برد نامحدود در AXIEM، برد فقط مربعی در EMSight و عدم به‌کارگیری المان‌های سه‌بعدی از محدودیت‌های این روش است.
حل‌کننده Analyst
نرم‌افزار AWR یک حل‌کننده سه‌بعدی به نام Analyst دارد که ساختارهای سه‌بعدی مانند کانکتورها، موج‌برها، کویتی‌ها و… را شبیه‌سازی می‌کند. درواقع ساختارهایی که حل‌کننده AXIEM و EMSight قابلیت حل آن‌ها را ندارند، به‌وسیله Analyst تحلیل می‌شود.
برخلاف شبیه‌سازهای سه‌بعدی مسطح که مش بندی در سطح هادی انجام می‌شود، در این روش، مش بندی در کل فضا انجام می‌شود. بنابراین ماتریس معادلات بسیار پیچیده‌تری ایجاد خواهد شد. این مورد، ممکن است سرعت حل مساله را تحت تاثیر قرار دهد.
نکته: هرچقدر ساختار مدار از حالت شماتیک به سمت سه‌بعدی برود، ماتریس معادلات سیستمی پیچیده‌تر می‌شود. درنتیجه حل معادلات زمان بیشتری می‌برد
نقاط قوت روش عددی FEM
پوشش مسایل بیشتر، امکان استفاده از باکس دی‌الکتریک، امکان به‌کارگیری باکس‌های غیر مربعی، پشتیبانی از پورت‌های موج‌بری در لبه‌ها، امکان ایجاد layout سه‌بعدی توسط کاربر
بااین‌حال، عدم تحلیل DC، سرعت پایین نسبت به MoM و عدم deembed کردن پورت‌های داخلی، از محدودیت‌های این روش است.
استفاده از شبیه‌سازهای بیرونی
نرم‌افزار AWR Microwave Office این امکان را فراهم کرده است که در صورت لزوم از شبیه‌سازهای بیرونی برای حل مسایل استفاده کند. اگر روی سیستم خود، علاوه بر نرم‌افزار AWR، نرم‌افزارهای CST و HFSS و SONET را نصب‌کرده‌اید، می‌توانید از محیط AWR یکی از این موارد را به‌عنوان حل‌کننده، برای شبیه‌سازی سه‌بعدی به کار بگیرید.
نرم‌افزار AWR مدار موردنظر را با استفاده از نرم‌افزارهای موردنظر، حل می‌کند و نتیجه را در محیط AWR نمایش می‌دهد.
به این نکته هم توجه کنید که نتایج حل‌کننده‌های ذکرشده، معمولا دارای اختلافاتی در خروجی هستند که ناشی از روش‌های عددی متفاوت استفاده‌شده برای حل مساله است. اگر تنظیمات مش بندی و شرایط مرزی برای آن‌ها یکسان تنظیم شود، جواب‌ها بسیار به هم نزدیک می‌شود.
منبع: آر-اف پلاس